汽油机缸内直喷的特点及应用分析

汽油机缸内直喷的特点及应用分析

摘要随着能源危机的日益加剧和排放法规的日益严格，汽车发动机的动力性和燃油经济性越来越受到重视，因此，如何用最少的油跑最远的路已成为现代汽车发展的一个新思路。本文主要从燃油供给系统方面谈一下汽油机缸内直喷的特点及应用。

关键词缸内直喷；汽油发动机；特点；高压油

0 引言

当前，随着能源资源的短缺，环境问题越来越突出，人们对环境的保护越来越重视，国家对环境保护的要求越来越严格，汽车作为现代的一种重要的交通工具，人们对其关注度也越来越高。从改革开发到现在，我国汽车保有量不断增加，汽车排出的污染物所占的比例也越来越高，因此，如何降低汽车的排放物已经成为当下汽车技术研究的一个重要课题。发动机供油系统作为发动机的一个重要组成部分，就是发动机的唯一食物。当前，随着科技的发展，汽车的各项技术也在不断的改良，相对于在排气部分进行改良，把废气中的污染物进行还原催化的被动式降低污染物的含量，通过改进发动机的喷油技术更能体现出发动机的动力性和燃油经济性。

1 汽油机缸内直喷技术的发展

1996年，日本三菱公司率先成功研制出汽油直喷发动机，缸内直喷技术（也称为GDI）得到了快速的发展，目前，丰田、福特、奔驰、日产、奥迪、本田、雷诺、别克等许多国外汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。安装于气缸内的燃油喷器直接将燃油喷入气缸内，并在气缸内与空气形成混合气。由于燃油喷射压力的提高，使燃油雾化更加优良，使混合气的比例更加合理，从而使一些在进气管喷射存在的缺点消失，因此缸内直喷越来越广泛应用于汽油车特别是高端品牌的豪华车的发动机上。

2 缸内直喷系统的构成

缸内直喷系统的主要组成部件有：燃油箱、电子燃油泵、燃油滤清器、燃油量调节电磁阀、燃油压力调节阀、高压燃油泵、高压燃油管、燃油分配管、燃油压力传感器、燃油压力调节电磁阀和高压喷射电磁阀（喷油嘴）。

电子燃油泵（低压燃油泵）把燃油从油箱输送到高压燃油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压燃油泵输入的燃油压力由约0.35MPa增高到8MPa～12MPa，并送往燃油分配管，充满各缸喷油器的油腔。当ECU命令喷油器的电磁线圈通电时使针阀打开，汽油通过喷嘴喷入气缸。

3 缸内直喷系统的特点

缸内直喷有以下特点：

1）由于汽油直接喷射，使缸内充量得到冷却，可以使用较大的压缩比，部分负荷燃油消耗率可以降低；

2）与缸外喷射系统汽油机相比，由于提高了燃油雾化质量和降低了泵气损失，功率可以增加；

3）缸内汽油直接喷射发动机可大幅降低CO2 、CO 、HC 及NOx 的排放。缸内直接喷射发动机比一般喷射发动机能够更省油及输出功率高的原因如下：低负荷时，利用层状气体分布，压缩行程末期喷射的燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近，为易于点燃的最佳混合气，而周围则为空气层，整个燃烧室内的超稀薄空燃比仍能稳定燃烧，达到省油效果；

4）怠速转速可设定在较低值。进气行程就开始喷油，燃料汽化的吸温冷却效果，使空气密度增加，可提高容积效率，故比一般喷射发动机的输出功率高；

5）直接喷入汽缸中燃油的汽化作用，降低空气温度，发动机不易爆震。

4 缸内直喷系统存在的问题

1）稳定性燃烧控制，汽油直喷发动机采用分层燃烧，其在不同层面混合气浓度有差别，因此要控制不同层面的混合气稳定燃烧具有相当大的难度；

2）控对密封元件的要求更高，由于缸内直喷系统是建立在高油压的前提下的，因此对系统件中各元件的冲击也相当大，尤其是密封圈；

3）对喷油嘴的要求更高。不同于传统的进气歧管喷射，缸内直喷发动机的喷油嘴是直接安装在气缸内，由于缸内温度高、压力时高时低、混合气的烧烧不充分等等因素的存在，因此，喷油嘴应当有良好的耐高温性并配有具有一定耐高温能力的密封件。

5 缸内直喷发动机的应用

1）缸内直喷发动机在本田车上的应用

2003年，通过融合动力性能优异的DOHC i-VTEC发动机所独有的中心喷射系统，本田车开发出了首个汽油直喷发动机“2.0L DOHC i-VTEC I发动机”，其实现了低油耗、清洁尾气排放，以及高率性能的高度结合。

“ DOHC i-VTEC I”气缸内直喷式汽油发动机，由于是采用了高度智能化版本的VTEC发动机，因此它的气门动作可以停止，获得了对气门进行的最佳控制，同时喷油器安装在气缸的中心位置并结结气体流动而设置的活塞模型，使发动机

实现了超稀薄燃烧，在实现动感行驶的同时达到了低油耗。

2）缸内直喷发动机在别克车上的应用

2010年别克新君威2.0T引进了了缸内直喷发动机，将燃油的喷射控制点尽可能地靠近点燃位置来获得更为优秀的燃烧效率。通过直喷技术与涡轮增压的配合，2.0T最大功率提升到162千瓦，与老款君威想比较，实现了惊人的50%提升。其主要参数如下表。

6 结论

虽然发动机缸内直喷技术在其发展的过程依然存在这样或那样的问题，例如生产成本、制造工艺、燃烧控制等，但在当前环境污越来越引起人们的重视，国家的法律法规对汽车尾气排放越来越严格，要求越来越高，能源危机越来越严重，燃油价格越来越高等等因素都为缸内直喷发动机的发展提供了动力，缸内直喷发动机必将最终取代进气歧管喷射发动机成为车辆的标准配置。

参考文献

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[2]祝刘洪.汽油机缸内直喷技术的研究现状及发展方向.现代机械，2009（4）：95.

[3]杨世春，等.缸内直喷汽油机技术发展趋势分析.车用发动机，2007（5）：10.

[4]刘鑫.汽油机缸内直喷（GDI）稀薄燃烧技术.交通科技与经济，2011（1）：98.